Тема: КИСТЕОБРАЗНЫЙ АНТРОПОМОРФНЫЙ МАНИПУЛЯТОР

Мы не часто слышим слово «манипулятор» в обиходе, но, когда оно возникает - мы сразу же представляем громоздкое оборудование фабрик, совершающее работы, слишком тяжелые для человека. На самом деле понятие «манипулятор» гораздо более обширно - механические манипуляторы используются в самых разных сферах человеческой деятельности, начиная от автоматов с игрушками и заканчивая щупальцами шаттлов. Они помогают людям выполнять работу быстрее, точнее и качественнее, при этом нивелируя ошибки, которые могут быть вызваны «человеческим фактором». Так, например, в медицине механические манипуляторы используются для дистанционного проведения операций, а военные и специальные подразделения полиции могут использовать манипуляторы для безопасного, дистанционного обезвреживания бомб. Манипуляторы очень распространены в промышленности. Они используются на линиях сборки, покраски и проверки конечной продукции.
Данная работа касается создания механического манипулятора, по внешнему виду и функционалу соответствующего реальной человеческой руке. В процессе его создания будут отрабатываться как механизм манипулятора, так и электроника, и алгоритмы управления им. Впоследствии эти знания можно будет применить для создания протезов рук с электронным управлением или экзоскелетов.
Основой управления частями механической «руки» является задание углов наклона её элементов относительно друг друга. Планируется, что манипулятор будет управляться дистанционно с помощью перчатки с закрепленными на ней датчиками. Для управления манипулятором необходим человек-оператор, на руку которого надевается перчатка. Данная работа направлена на создание системы управления одного пальца манипулятора с использованием одного акселерометра. Подобная минимизация количества датчиков позволит снизить стоимость и упростить конструкцию манипулятора.

Купить

В результате данной работы был создан алгоритм для управления пальцем антропоморфного манипулятора. Алгоритм не привязан к определенным аппаратным компонентам, а потому с различными наборами микроконтроллер-датчики можно добиться разной точности работы. Были выполнены реализации алгоритма в программе математического моделирования SMath и микроконтроллере STM32F407VG, а также проведено сравнение результатов. Отличие не превышает 1%.
Были разработаны различные варианты конструктивного исполнения пальца манипулятора. Финальный тестовый макет изготовлен с применением технологии 3D печати. В качестве приводов использовались сервомоторы, что, в силу особенностей работы данного типа приводов, позволяет производить проверку точности работы алгоритма на данном макете.
Также было выявлено, что акселерометр имеет шумы, что приводит к накоплению погрешности. Этот факт в дальнейшем потребует реализацию алгоритмов цифровой фильтрации в микроконтроллере. Вычислительные мощности применяемого нами микроконтроллера позволяют реализовывать цифровой фильтр с частотой дискретизации до 140 кГц (для фильтров 5-го порядка) и выше (для фильтров с меньшим порядком).

Купить